Comparaison des matières organiques du L DMA et du milieu naturel

1.3.1 La charge organique

Les eaux de surfaces et les eaux souterraines présentent des concentrations en COD inférieures

à 50 mgC.L

-1

et généralement de l’ordre de la dizaine de mgC.L

-1

(Aiken et al., 1992 ; Gron et al.,

1996 ; Croué, 2004 ; Evans et al., 2005 ; Labanowski et Feuillade, 2011 ; Hayzoun, 2014). Au

niveau des sols, le stock de carbone organique se situe généralement dans les horizons

superficiels (30 premiers cm). Il est fonction du climat, de la couverture végétale, des pratiques

agricoles, de la pédologie, etc. Quel que soit le mode d’occupation du sol et son mode

d’extraction, la fraction hydrosoluble de ce carbone organique (ou fraction extractible) est

minoritaire dans le sol avec des teneurs variant de 0,01 à 0,1% de la totalité du stock (Rees et

Parker, 2005 ; Lavaud, 2006). Selon les études, cette fraction peut être exprimée soit en

concentration volumique, soit en concentration massique si la masse de carbone est rapportée à

la masse de sol analysée. Ainsi, Evans et al. (2008) ont relevé des concentrations inférieures à

90 mgC.L

-1

au niveau de l’horizon de surface de 12 sites européens et nord-américains suite à

des ajouts azotés réguliers. Gregorich et al., (2003) et Matlou et Haynes (2006) ont analysés des

teneurs en carbone organique extractible comprises entre 151 et 1 226 mgC.kg

-1

de sol sur

différentes cultures. Les L

DMA

sont caractérisés, quant à eux, par d’importantes concentrations en

carbone organique pouvant varier de 30 à 29 000 mgC.L

-1

selon la phase de dégradation des

DMA : la teneur en carbone organique diminue au cours de la dégradation des DMA (Kjeldsen et

al., 2002).

48

1.3.2 Les substances humiques

De nombreuses recherches se sont appliquées à caractériser les acides humiques et fulviques

extraits de divers milieux (eaux naturelles, eaux souterraines, sols, L

DMA

, tourbe, compost, etc.)

pour mieux les identifier (Artiola-Fortuny et Fuller, 1982 ; Weis et al., 1989 ; Aiken et Leenheer,

1993 ; Prudent et al., 1995 ; Senesi et al., 1996 ; Martin-Mousset et al., 1997 ; Mejbri, 1997 ;

Christensen et al., 1998 ; Lagier, 2000 ; Kang et al., 2002 ; Tahiri et al., 2016). Cependant,

malgré les études menées sur ces composés organiques, leur structure chimique exacte, leur

PMA et leur genèse restent mal connus, principalement en raison de leurs divers processus de

formation (Eyheraguibel, 2004 ; Canellas et al., 2008 ; Chung et al., 2011 ; Nasir et al., 2011). De

nombreuses techniques analytiques, destructrices (analyses élémentaires, pyrolyse, GC-MS,

HPSEC, etc.) ou non (RMN, spectroscopie infrarouge et UV-visible, etc.) ont été utilisées pour

caractériser qualitativement et quantitativement les structures moléculaires des SH (Abbt-Braun

et al., 2004 ; Canellas et al., 2008 ; Chung et al., 2011 ; Nasir et al., 2011). Ces informations,

essentielles pour comprendre le rôle des SH au cours des différents processus

environnementaux (Sierra et al., 2006), permettent aussi d’effectuer des comparaisons entre

leurs diverses origines (notamment L

DMA

, sol, milieux aquatiques) (Tableau 6).

Tableau 6 : Comparaison de la composition des AH et AF issus des sols, des milieux

aquatiques et des L

DMA

(Filella et al., 1995 ; Kang et al., 2002 ;Nanny et Ratasuk 2002 ;

Xiaoli et al., 2008) (adapté de Tahiri et al., 2014)

Paramètres

AH AF

L

DMA

Sols ^Milieux

aquatiques ^L

^DMA

^Sols

Milieux

aquatiques

Composition

élémentaire

(% de poids)

C 56,1 - 63,1 54 - 62 51 - 60 45,6 - 55,7 43 - 55 42 - 51

O 25,9 - 30,2 29,5 - 36,8 33,4 - 40,8 29,6 - 35,2 42,9 - 51,4 44,2 - 53,2

H 7,0 - 8,8 2,9 - 5,8 3,7 - 5,1 6,2 - 9,6 3,3 - 5,9 3,6 - 4,3

N 1,8 - 8,3 1,6 - 4,8 2,0 - 2,1 1,7 – 12,0 0,7 - 4,1 1,0 - 1,6

S nd nd nd 3,4 - 5,1 0,1 - 3,5 nd

Groupes

fonctionnels

(meq.gC

-1

)

Acidité

totale ^{7,1 - 8,9 5,6 - 8,9 5,9 9,6 - 16,6 6,4 - 14,2 6,2}

COOH 4,5 - 5,9 1,5 - 5,7 3,4 6,5 - 10,7 6,1 - 11,2 3,9

OH

phénolique ^{2,2 - 3,7 2,1 - 5,7 2,5 1,0 - 4,7 1,2 - 5,7 2,3}

Composition

structurelle

(%)

C

aromatique ^{26,2 - 36,2 41 nd 27,2 - 29,9 21 - 35 22,3}

C

carboxylique ^{16,4 - 19,0 nd nd 14,8 - 27,5 10 - 30 16,1}

nd : Non déterminé

49

Quel que soit le milieu de formation des SH, elles sont principalement composées de carbone,

d’oxygène, d’hydrogène, d’azote et de groupements fonctionnels (COOH, OH, C=O). Les teneurs

de ces éléments varient en fonction du type (AH ou AF) et de l’origine des SH (Tableau 6).

Globalement, les AH* et AF* provenant des L

DMA

présentent des propriétés proches de celles des

SH issues d’autres milieux (Lagier, 2000, Tahiri et al., 2014). Toutefois, quelques différences

peuvent être observées. Les SH* des L

DMA

ont une plus faible aromaticité et moins d’oxygène que

les SH du sol et des milieux aquatiques. Au contraire, elles contiennent plus de carbone

aliphatique, d’azote, de soufre et d’hydrogène (Kang et al., 2002 ; Zhang et al., 2009). D’après

Nanny et al. (2002), les SH* originaires des L

DMA

sont plus hydrophobes et ont un pouvoir

complexant plus faible par rapport aux SH des milieux naturels du fait de fonctions oxygénées

(COOH, OH) moins fréquentes.

Figure 14 : Diagrammes de Van Krevelen représentant les différences entre les SH des

sols, des milieux aquatiques et des L

DMA

(adapté de Tahiri et al., 2014)

0,0 0,1 0,1 0,2 0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 R a p p o rt H /C Rapport O/C AH - sol AH - eaux AH - LDMA AF - sol AF - eaux AF - LDMA

AF

AH

(b)

0,0 0,1 0,1 0,2 0,2 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 R a p p o rt H /C Rapport N/C AH - sol AH - eaux AH - LDMA AF - sol AF - eaux AF - LDMA

SH* - L_DMA

SH - sol

SH - eaux

(a)

50

La présence plus importante d’hydrogène et d’azote dans les SH* issues des L

DMA

est bien

illustrée par le premier diagramme de Van Krevelen (graphique a, Figure 14). Alors que, sur la

base des rapports H/C et N/C, les SH* des L

DMA

sont facilement distinguées, celles des milieux

aquatiques et des sols peuvent être confondues. En revanche, en considérant le rapport O/C

(graphique b, Figure 14), les AH* et AF* issus des L

DMA

présentent des similitudes avec ces

mêmes fractions d’origine naturelle. Généralement, les AH sont plus riches en carbone qu’en

oxygène (O/C ≈ 0,6). Au contraire, les AF possèdent un taux d’oxygène supérieur à celui du

carbone (O/C ≈ 0,9). Chen et al. (2003) expliquent cette relative richesse en oxygène des AF par

rapport aux AH par la prépondérance de groupements fonctionnels de nature acide et

l’abondance d’hydrates de carbone. Enfin, les rapports atomiques des AH (H/C, O/C et N/C) sont

systématiquement plus faibles que ceux des AF, notamment le rapport N/C (graphiques a et b,

Figure 14).

Les différences constatées entre les SH de systèmes naturels et celles de L

DMA

soulignent, d’une

part, l’état moins avancé dans l’humification des SH* par rapport aux SH et, d’autre part, leur

caractère atypique marqué par la composition hétérogène du déchet (teneurs en azote et en

soufre élevées) et par les conditions particulières du milieu.

Au vue de la prédominance des SH* au sein des L

DMA

en fin de dégradation des DMA (Pichler et

Kôgel-Knaber, 2000 ; Berthe et al., 2008 ; Francou et al., 2008) et des similitudes entre leur

structure moléculaire et celles des SH des milieux naturels (Nanny et Ratasuk 2002 ; Tahiri et al.,

2014), les L

DMA

représentent un réservoir non négligeable de COD face aux milieux aquatiques et

aux sols. De plus, la facilité d’extraction de cette MO permet d’envisager sa valorisation.

2 Valorisation de la MO extraite des LDMA

Aujourd’hui, des voies de valorisation de composés organiques d’origines diverses (déchets

industriels, alimentaires, agricoles, etc.) existent. Compte tenu de la charge organique importante

des L

DMA

, de tels exutoires telles que la valorisation énergétique par méthanisation ou encore la

valorisation agronomique par amendement sur sols agricoles, peuvent trouver leur intérêt sur ces

effluents.

Ce chapitre propose donc une description précise de ces 2 voies de valorisation ainsi qu’un

inventaire des études réalisées sur la valorisation de la MO des L

DMA

en tant que substrat de

digestion anaérobie ou que biostimulant pour les cultures.

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Dans le document Etude du potentiel de valorisation énergétique ou matière de composés organiques extraits de lixiviats de déchets ménagers (Page 78-82)